Дослідження відновлення ґрунтів: глобальний імператив

Ґрунт, основа життя на суші, зазнає дедалі більшого тиску через несталі сільськогосподарські практики, знеліснення, урбанізацію та зміни клімату. Деградація земель, включаючи ерозію ґрунтів, виснаження поживних речовин та засолення, загрожує продовольчій безпеці, екосистемним послугам та добробуту людей у всьому світі. Тому дослідження з відновлення ґрунтів є першочерговим завданням для розробки та впровадження ефективних стратегій для зупинення деградації, покращення здоров'я ґрунтів та забезпечення сталого майбутнього. Цей вичерпний посібник розглядає останні досягнення, виклики та можливості у дослідженнях з відновлення ґрунтів у всьому світі.

Розуміння деградації ґрунтів: глобальна перспектива

Деградація ґрунтів — це складний процес, на який впливає поєднання природних та антропогенних факторів. Розуміння цих факторів є вирішальним для розробки ефективних стратегій відновлення.

Причини деградації ґрунтів

• Знеліснення: Вирубка дерев призводить до посилення ерозії ґрунту, зменшення інфільтрації води та втрати органічної речовини. Приклади знеліснення, що призводить до деградації ґрунтів, можна побачити в тропічних лісах Амазонії, Південно-Східній Азії та деяких частинах Африки.
• Несталі сільськогосподарські практики: Інтенсивний обробіток ґрунту, монокультурне вирощування та надмірне використання хімічних добрив і пестицидів виснажують поживні речовини в ґрунті, пошкоджують його структуру та зменшують біорізноманіття. Надмірне використання добрив в інтенсивному сільському господарстві, зокрема в таких регіонах, як Індо-Гангська рівнина в Індії, призвело до дисбалансу поживних речовин у ґрунті та забруднення води.
• Надмірний випас худоби: Надмірний випас худоби знищує рослинний покрив, що призводить до ущільнення ґрунту, ерозії та опустелювання. Надмірний випас є значною проблемою в посушливих і напівпосушливих регіонах світу, включаючи регіон Сахель в Африці та частини Центральної Азії.
• Промислова діяльність та забруднення: Гірничодобувна промисловість, промислові процеси та утилізація відходів можуть забруднювати ґрунти важкими металами, полютантами та іншими токсичними речовинами, роблячи їх непридатними для сільського господарства та загрожуючи здоров'ю людей. Промислове забруднення від гірничодобувних робіт у Південній Америці призвело до широкого забруднення ґрунтів та води.
• Зміна клімату: Підвищення температури, зміна режиму опадів та збільшення частоти екстремальних погодних явищ посилюють процеси деградації ґрунтів. Посухи в країнах Африки на південь від Сахари та посилення повеней у Південно-Східній Азії мали згубний вплив на здоров'я ґрунтів.

Наслідки деградації ґрунтів

Наслідки деградації ґрунтів є далекосяжними, впливаючи на продовольчу безпеку, екологічну стійкість та добробут людей.

• Зниження продуктивності сільського господарства: Деградовані ґрунти мають нижчу родючість, водоутримуючу здатність та структурну цілісність, що призводить до зниження врожайності та підвищення вразливості до посухи та шкідників. Зниження врожайності в багатьох частинах Африки через деградацію ґрунтів сприяє продовольчій небезпеці.
• Втрата екосистемних послуг: Деградація ґрунтів погіршує їхню здатність надавати основні екосистемні послуги, такі як фільтрація води, секвестрація вуглецю та кругообіг поживних речовин. Втрата здатності деградованих ґрунтів до секвестрації вуглецю сприяє зміні клімату.
• Збільшення забруднення води: Ерозія ґрунту переносить відкладення, поживні речовини та забруднювачі у водойми, що призводить до евтрофікації, замулення та забруднення джерел питної води. Сільськогосподарські стоки, що містять добрива та пестициди, є основним джерелом забруднення води в багатьох регіонах.
• Опустелювання: Сильна деградація ґрунтів може призвести до опустелювання — процесу, в результаті якого родюча земля перетворюється на пустелю, стаючи непродуктивною та непридатною для життя. Опустелювання є основною загрозою в посушливих і напівпосушливих регіонах світу, що призводить до переміщення населення та сприяє бідності.
• Зміна клімату: Деградовані ґрунти вивільняють вуглекислий газ в атмосферу, сприяючи зміні клімату. І навпаки, здорові ґрунти можуть секвеструвати значну кількість вуглецю, допомагаючи пом'якшити зміни клімату.

Ключові напрямки досліджень з відновлення ґрунтів

Дослідження з відновлення ґрунтів охоплюють широкий спектр дисциплін та підходів, спрямованих на зупинення деградації ґрунтів та покращення їхнього здоров'я. Ключові напрямки досліджень включають:

1. Управління органічною речовиною ґрунту

Органічна речовина ґрунту (ОРГ) є вирішальним компонентом здорових ґрунтів, що відіграє життєво важливу роль у кругообігу поживних речовин, утриманні води та структурі ґрунту. Дослідження зосереджені на:

• Збільшення надходження ОРГ: Дослідження ефективності різних органічних добрив, таких як компост, гній, біовугілля та покривні культури, у підвищенні рівня ОРГ. Дослідження в Європі та Північній Америці показали, що внесення компосту в сільськогосподарські ґрунти може значно покращити здоров'я ґрунту та врожайність.
• Зменшення втрат ОРГ: Розробка практик управління, які мінімізують розкладання ОРГ, таких як мінімальний обробіток ґрунту, консерваційне землеробство та агролісомеліорація. Практики консерваційного землеробства, включаючи нульовий обробіток та вирощування покривних культур, широко впроваджуються в Південній Америці для зменшення ерозії ґрунту та підвищення рівня ОРГ.
• Розуміння динаміки ОРГ: Вивчення процесів, які регулюють утворення, розкладання та стабілізацію ОРГ у різних типах ґрунтів та кліматичних умовах. Дослідження з використанням передових ізотопних методів допомагають зрозуміти довгострокову динаміку ОРГ у тропічних ґрунтах.

2. Управління поживними речовинами

Відновлення родючості ґрунту вимагає усунення дефіциту та дисбалансу поживних речовин. Дослідження зосереджені на:

• Оптимізація використання добрив: Розробка методів точного землеробства та стратегій управління поживними речовинами для мінімізації внесення добрив при максимальному підвищенні врожайності та зменшенні впливу на навколишнє середовище. Технології точного землеробства, такі як диференційоване внесення добрив, використовуються в Австралії для оптимізації застосування поживних речовин на основі варіабельності ґрунту.
• Сприяння біологічній фіксації азоту: Дослідження потенціалу бобових та інших азотфіксуючих рослин для підвищення доступності азоту в ґрунті. Дослідження азотфіксуючих дерев в Африці продемонстрували їхній потенціал для покращення родючості ґрунту та вдосконалення агролісомеліоративних систем.
• Покращення доступності фосфору: Розробка стратегій для збільшення поглинання фосфору рослинами, таких як використання мікоризних грибів та фосфор-солюбілізуючих бактерій. Дослідження показали, що інокуляція культур мікоризними грибами може покращити поглинання фосфору в ґрунтах з дефіцитом фосфору.

3. Контроль ерозії ґрунтів

Ерозія ґрунту є основною формою його деградації, що призводить до втрати верхнього шару ґрунту, зниження родючості та забруднення води. Дослідження зосереджені на:

• Розробка заходів з контролю ерозії: Оцінка ефективності різних методів контролю ерозії, таких як терасування, контурна оранка, смугове розміщення культур та вегетативні бар'єри. Терасування є традиційним методом контролю ерозії, який використовується протягом століть у гірських регіонах Азії та Південної Америки.
• Розуміння процесів ерозії: Вивчення факторів, що впливають на швидкість ерозії ґрунту, та розробка моделей для прогнозування ризику ерозії за різних сценаріїв землекористування та клімату. Дослідники використовують технології дистанційного зондування та ГІС для картування ризику ерозії ґрунту та моніторингу швидкості ерозії на великих територіях.
• Просування консерваційного землеробства: Впровадження практик консерваційного землеробства, які мінімізують порушення ґрунту, підтримують ґрунтовий покрив та сприяють диверсифікації культур. Консерваційне землеробство широко просувається як стійка система землеробства, яка може зменшити ерозію ґрунту та покращити його здоров'я.

4. Відновлення біорізноманіття ґрунтів

Ґрунт — це складна екосистема, що кишить величезною різноманітністю мікроорганізмів, безхребетних та інших організмів, які відіграють життєво важливу роль у кругообігу поживних речовин, розкладанні та структурі ґрунту. Дослідження зосереджені на:

• Оцінка біорізноманіття ґрунтів: Характеристика різноманітності та чисельності ґрунтових організмів у різних екосистемах та системах землекористування. Для дослідження різноманітності ґрунтових мікроорганізмів використовуються метагеномні та інші молекулярні методи.
• Розуміння ролі ґрунтових організмів: Дослідження функцій різних ґрунтових організмів у кругообігу поживних речовин, розкладанні та пригніченні хвороб. Дослідження показали, що дощові черв'яки відіграють вирішальну роль у покращенні структури ґрунту та доступності поживних речовин.
• Сприяння біорізноманіттю ґрунтів: Розробка практик управління, які підвищують біорізноманіття ґрунтів, таких як мінімальний обробіток ґрунту, органічні добрива та диверсифікація культур. Вирощування покривних культур та сівозміна можуть сприяти біорізноманіттю ґрунтів та покращувати їхнє здоров'я.

5. Відновлення (ремедіація) забруднених ґрунтів

Забруднення ґрунтів внаслідок промислової діяльності, гірничодобувної промисловості та утилізації відходів становить серйозну загрозу для здоров'я людей та навколишнього середовища. Дослідження зосереджені на:

• Розробка технологій ремедіації: Оцінка ефективності різних технологій ремедіації, таких як фіторемедіація, біоремедіація та хімічна стабілізація, для видалення або іммобілізації забруднюючих речовин у ґрунтах. Фіторемедіація, використання рослин для видалення забруднювачів з ґрунту, використовується для відновлення ґрунтів, забруднених важкими металами.
• Оцінка ризику забруднення ґрунтів: Виявлення потенційних джерел забруднення ґрунтів та оцінка ризику для здоров'я людей та навколишнього середовища. Моделі оцінки ризиків використовуються для оцінки потенційних шляхів впливу та наслідків для здоров'я, пов'язаних із забрудненням ґрунтів.
• Розробка сталих стратегій ремедіації: Впровадження стратегій ремедіації, які мінімізують вплив на навколишнє середовище та сприяють сталому використанню забруднених земель. Сталі підходи до ремедіації надають пріоритет використанню екологічно чистих технологій та спрямовані на відновлення екологічних функцій забруднених ділянок.

Інноваційні технології у відновленні ґрунтів

Технологічні досягнення відіграють дедалі важливішу роль у дослідженнях та практиці відновлення ґрунтів. Деякі ключові технології включають:

• Дистанційне зондування та ГІС: Технології дистанційного зондування, такі як супутникові знімки та аерофотозйомка, можуть використовуватися для моніторингу деградації ґрунтів, оцінки властивостей ґрунту та картування ґрунтових ресурсів. Географічні інформаційні системи (ГІС) використовуються для інтеграції та аналізу просторових даних для підтримки планування та управління відновленням ґрунтів. Приклади включають використання супутникових даних для моніторингу темпів знеліснення та оцінки впливу змін у землекористуванні на ерозію ґрунту.
• Точне землеробство: Технології точного землеробства, такі як обладнання з GPS-навігацією, аплікатори зі змінною нормою внесення та ґрунтові датчики, можуть використовуватися для оптимізації використання добрив та води, зменшення ущільнення ґрунту та підвищення врожайності. Точне землеробство особливо корисне для усунення просторової варіабельності властивостей ґрунту та потреб у поживних речовинах.
• Біовугілля: Біовугілля, схожий на деревне вугілля матеріал, що виробляється шляхом піролізу біомаси, може використовуватися як добриво для ґрунту для покращення його родючості, збільшення водоутримуючої здатності та секвестрації вуглецю. Дослідження біовугілля вивчають його потенціал для покращення здоров'я ґрунту та пом'якшення змін клімату в різних агроекосистемах.
• Нанотехнології: Нанотехнології використовуються для розробки нових ґрунтових добрив, добрив та пестицидів, які можуть покращити доставку поживних речовин, зменшити вплив на навколишнє середовище та посилити захист рослин. Наноматеріали також досліджуються на предмет їх потенціалу для ремедіації забруднених ґрунтів.
• Геноміка та метагеноміка: Геномні та метагеномні методи використовуються для вивчення різноманітності та функцій ґрунтових мікроорганізмів, надаючи уявлення про складні взаємодії в ґрунтовій екосистемі. Ці знання можуть бути використані для розробки стратегій підвищення біорізноманіття ґрунтів та покращення їхнього здоров'я.

Глобальні ініціативи та політики з відновлення ґрунтів

Визнаючи важливість здоров'я ґрунтів, різні міжнародні організації та уряди започаткували ініціативи та політики для сприяння відновленню ґрунтів та сталому управлінню земельними ресурсами. Деякі ключові ініціативи включають:

• Глобальне ґрунтове партнерство (GSP): GSP, створене Продовольчою та сільськогосподарською організацією (FAO) ООН, має на меті сприяти сталому управлінню ґрунтами та покращувати управління ґрунтовими ресурсами у всьому світі. GSP сприяє обміну знаннями, сприяє розбудові потенціалу та підтримує розробку національних ґрунтових політик.
• Конвенція Організації Об'єднаних Націй про боротьбу з опустелюванням (UNCCD): UNCCD — це міжнародна угода, яка має на меті боротьбу з опустелюванням та пом'якшення наслідків посухи, особливо в посушливих та напівпосушливих регіонах. UNCCD просуває практики сталого управління земельними ресурсами та підтримує реалізацію національних програм дій по боротьбі з опустелюванням.
• Цілі сталого розвитку (ЦСР): ЦСР, прийняті Організацією Об'єднаних Націй у 2015 році, включають кілька цілей, які прямо чи опосередковано пов'язані зі здоров'ям ґрунтів та сталим управлінням земельними ресурсами. ЦСР 15, «Життя на суші», конкретно спрямована на захист, відновлення та сприяння сталому використанню наземних екосистем, стале управління лісами, боротьбу з опустелюванням, а також зупинення та повернення назад деградації земель та зупинення втрати біорізноманіття.
• Національні програми охорони здоров'я ґрунтів: Багато країн започаткували національні програми охорони здоров'я ґрунтів для просування практик сталого управління ґрунтами та надання технічної та фінансової допомоги фермерам. Наприклад, схема «Картка здоров'я ґрунту» в Індії надає фермерам інформацію про стан поживних речовин у ґрунті та рекомендації щодо внесення добрив.
• Ґрунтова стратегія Європейського Союзу: Ґрунтова стратегія ЄС спрямована на захист та відновлення здоров'я ґрунтів по всій Європі, просуваючи практики сталого управління ґрунтами та вирішуючи проблему забруднення ґрунтів. Стратегія встановлює цілі щодо зменшення ерозії ґрунту, збільшення органічної речовини в ґрунті та запобігання запечатуванню ґрунту.

Виклики та можливості у дослідженнях з відновлення ґрунтів

Незважаючи на значний прогрес у дослідженнях з відновлення ґрунтів, залишається кілька проблем:

• Складність ґрунтових систем: Ґрунт — це складна екосистема з численними взаємодіючими фізичними, хімічними та біологічними факторами. Розуміння цих взаємодій є вирішальним для розробки ефективних стратегій відновлення.
• Брак даних: Часто бракує вичерпних даних про властивості ґрунтів, темпи їх деградації та ефективність різних практик відновлення, особливо в країнах, що розвиваються.
• Масштаб проблеми: Деградація ґрунтів є поширеною проблемою, що зачіпає мільйони гектарів землі по всьому світу. Розширення масштабів успішних практик відновлення для вирішення глобальної проблеми вимагає значних інвестицій та координації.
• Соціально-економічні фактори: Соціально-економічні фактори, такі як бідність, незахищеність прав на землю та відсутність доступу до інформації та ресурсів, можуть перешкоджати впровадженню практик сталого управління ґрунтами.
• Зміна клімату: Зміна клімату посилює процеси деградації ґрунтів та створює нові виклики для їх відновлення. Адаптація стратегій відновлення до мінливих кліматичних умов є надзвичайно важливою.

Однак існують також значні можливості для просування досліджень та практики відновлення ґрунтів:

• Технологічні досягнення: Досягнення в галузі дистанційного зондування, точного землеробства, геноміки та нанотехнологій надають нові інструменти для оцінки здоров'я ґрунтів, розробки цільових втручань та моніторингу ефективності зусиль з відновлення.
• Підвищення обізнаності: Зростання обізнаності про важливість здоров'я ґрунтів стимулює збільшення інвестицій у дослідження та ініціативи з відновлення ґрунтів.
• Політична підтримка: Урядові політики та міжнародні угоди створюють сприятливе середовище для просування практик сталого управління ґрунтами.
• Залучення громадськості: Залучення місцевих громад до зусиль з відновлення ґрунтів є вирішальним для забезпечення довгострокової стійкості цих зусиль.
• Міждисциплінарна співпраця: Співпраця між дослідниками з різних дисциплін, політиками та практиками є важливою для розробки комплексних рішень проблем деградації ґрунтів.

Приклади успішних проєктів з відновлення ґрунтів

Вивчення успішних проєктів з відновлення ґрунтів з усього світу може надати цінні ідеї та вивчені уроки.

Проєкт з відновлення водозбірного басейну Лесового плато, Китай

Цей великомасштабний проєкт передбачав відновлення сильно еродованих земель у регіоні Лесового плато в Китаї. У рамках проєкту було реалізовано комплекс заходів із збереження ґрунтів, включаючи терасування, лісорозведення та управління випасом худоби. Результати були вражаючими: значне зменшення ерозії ґрунтів, підвищення продуктивності сільського господарства та покращення умов життя місцевих громад. Цей проєкт часто наводять як успішний приклад комплексного управління водозбірними басейнами.

Ініціатива «Велика зелена стіна», Африка

Ця амбітна ініціатива спрямована на боротьбу з опустелюванням у регіоні Сахель в Африці шляхом створення «стіни» з дерев та рослинності по всьому континенту. Проєкт включає посадку дерев, відновлення деградованих земель та просування практик сталого управління земельними ресурсами. Хоча проєкт стикався з проблемами, він також досяг значного прогресу у відновленні деградованих земель та підвищенні стійкості місцевих громад до змін клімату.

Практики регенеративного сільського господарства в Латинській Америці

Фермери в Латинській Америці все частіше впроваджують практики регенеративного сільського господарства, такі як нульовий обробіток ґрунту, вирощування покривних культур та сівозміна, для покращення здоров'я ґрунтів, підвищення врожайності та секвестрації вуглецю. Ці практики допомагають відновлювати деградовані ґрунти, зменшувати залежність від хімічних добрив та підвищувати стійкість сільськогосподарських систем. Успіх регенеративного сільського господарства в Латинській Америці підкреслює потенціал цих практик для трансформації сільського господарства та вирішення проблеми зміни клімату.

Майбутнє досліджень з відновлення ґрунтів

Майбутнє досліджень з відновлення ґрунтів, ймовірно, буде визначатися кількома ключовими тенденціями:

• Посилена увага до здоров'я ґрунтів: Здоров'я ґрунтів стане дедалі важливішим напрямком досліджень, з акцентом на розуміння складних взаємодій у ґрунтовій екосистемі та розробку практик управління, що сприяють здоров'ю ґрунтів.
• Інтеграція технологій: Технологічні досягнення продовжуватимуть відігравати ключову роль у дослідженнях з відновлення ґрунтів, зі зростаючим використанням дистанційного зондування, точного землеробства, геноміки та нанотехнологій.
• Акцент на екосистемних послугах: Дослідження все більше зосереджуватимуться на ролі ґрунтів у наданні екосистемних послуг, таких як секвестрація вуглецю, фільтрація води та збереження біорізноманіття.
• Кліматично-розумне управління ґрунтами: Дослідження будуть зосереджені на розробці кліматично-розумних практик управління ґрунтами, які можуть пом'якшити зміни клімату та підвищити стійкість сільськогосподарських систем до кліматичних впливів.
• Трансдисциплінарні підходи: Дослідження з відновлення ґрунтів вимагатимуть трансдисциплінарних підходів, які інтегрують знання з різних дисциплін та залучають зацікавлені сторони з різних секторів.

Висновок

Дослідження з відновлення ґрунтів є критично важливим імперативом для забезпечення сталого сільського господарства, захисту здоров'я екосистем та пом'якшення змін клімату. Розуміючи причини та наслідки деградації ґрунтів, розробляючи інноваційні технології відновлення та впроваджуючи ефективні політики та ініціативи, ми можемо відновити деградовані ґрунти, покращити їхнє здоров'я та створити більш стале майбутнє для всіх. Виклики значні, але можливості ще більші. Інвестуючи в дослідження з відновлення ґрунтів та просуваючи практики сталого управління земельними ресурсами, ми можемо розкрити весь потенціал наших ґрунтів та створити більш стійкий та процвітаючий світ.

Цей «вичерпний» посібник надав найважливіші аспекти досліджень з відновлення ґрунтів у всьому світі.